JPS60126592A - 熱エネルギ−回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、間欠的または変動的に発生される熱　−エネ
ルギーを連続的な安定した動力として回収する方法に関
する。

従来の構成とその問題点 従来、例えば間欠的に操業される炉等より出る廃ガス顕
熱、固体顕熱等の廃熱はレンガ、石等を用いた顕熱蓄熱
装置で蓄熱され、原料ガス、空気等の加熱に用いるか、
または冷却水か空気で冷却され、温廃水、水蒸気または
温風として、利用されずに排出されることが多かった。

このように間欠的に排出される廃熱があまり利用されな
かった理由は、熱が排出される時刻と必要になる時刻と
が異なるため蓄熱装置が必要であるが、現任実用化され
ている顕然蓄熱装置では容量や重量が大きくなると同時
に熊の放出に比例して温度が低下してしまう欠点があっ
たためである。

ところで、アルカリまたはアルカリ土類金属の水酸化物
、包接膨水化物、塩水化物等の無機物の融解潜熱を利用
した潜熱蓄熱装置では廃ガスまたは液状熱媒体と蓄熱物
質とを直接接触させると、廃ガスまだは液状熱媒体と蓄
熱物質とが反応して蓄熱物質が変質するおそれがあり、
また、融解した場合一定の形状を保たなくなるので、蓄
熱物質をどちらの物質とも反応しない物質で作られたカ
プセルに封入し、カプセルを通して熱交換しなければな
らない。

また、架橋処理等、公知の方法で表面処理されたポリオ
レフィンの融解潜熱を利用した潜熱蓄熱装置では、ポリ
オレフィンと液状熱媒体とは直接接触が可能であるが、
廃ガスまたは水と直接拾触させると廃ガスまたは水に含
まれている酸素とポリオレフィンが反応して変質する。

さらに、カプセルに封入した潜熱蓄熱物質を使用する場
合でも、廃ガスとの直接熱交換では、伝熱係数が小さく
熱交換に時間を要するため、どうしても液状熱媒体を介
して熱交換しなければならない。

したがって、従来技術により同大的または変動的に発生
する熱エネルギーから、連続的に安定した蒸気を発生さ
せる装置を考えると第１図のようになる。

図において、熱交換器ｆｉ＋で２０　Ｎｏ　０℃程度の
流量の変動する廃ガスにより、エチレングリコールより
なる熱媒体を１５０〜１６０℃に加熱する。１５０〜１
６０℃に加熱された熱媒体は熱媒体ポンプ（７）の圧力
によりｍ熱蓄熱装置（２）の中を上から下へ通される。

この時、熱媒体ポンプ（７）は熱媒体の出口温度が一定
となるように熱媒体流量を調節している。

ＳｆＪ記潜熱蓄熱装置（２）内には蓄熱材として表面の
み架橋処理されたポリエチレン棒（３）が多数光てんさ
れており、１５０〜１６０℃の熱媒体と直接接触するこ
とによりポリエチレン棒（３）の内部のみが上部より順
次融解して蓄熱される。しかし、ポリエチレン棒の表面
は上述の如く架橋きれているので融解せず、そのま私形
状を保っている。一方、前記加熱された熱媒体の一部、
または加熱された熱媒体が熱交換器１１＋から来ない場
合は熱媒体循環ポンプ（６）の圧力で熱媒体を潜熱蓄熱
装置（２）内を下から上へ通され、内部が融解したポリ
エチレン捧（３）に接し、ポリエチレンが凝固する時に
放出する１Ｍ熱で１２５℃程度のほぼ一定の温度に加熱
されだ熱媒体がボイラ（４）へ導かれ、給水予熱器（５
）で予熱された水を加熱し蒸気とする。一方、ボイラ（
４）を出た熱媒体は給水予熱器（６）を通され、ボイラ
（４）への給水を予熱した後、熱媒体循環ポンプ（６）
で加圧され、潜熱蓄熱装置＋２１へ返される。

この時、ボイラ（４）を沸騰熱交換器と考えると、熱媒
体とボイラ（４）内の水との熱交換（Ｊ沸騰熱交換とな
るので、ボイラ（４）内での熱授受および温度の関係を
みると、第２図の線（イ）および（ロ）のようになる。

すなわち、線（イ）に示されるように、給水ｔＩｉ給水
子熱器（５）により予熱され、ボイラ（４）内へ供給き
れて、温度Ｔｃ（通常は８０℃位）から昇温し、ＴＤ（
ゲージ圧力ＩＫｇ／、の蒸気を取出そうとすれば約１２
０℃）で沸騰し始め一定温度となる。一方、熱媒体は線
（ロ）に示すとおり、′ｒ＾からＴＢ−１：で降温し、
水に熊を与えることになるが、ここで水が沸唾蒸発し始
める点ｐｃにおいて、極力線（イ）に近づくことが熱交
換による温度レベルの低下を防ぐために重要であるが、
このピンチ温度ＮＣをあ捷り小さくするとボイラ（４）
内での熱媒体と水との間の俵熱管の云熱面積が大きくな
りすぎボイラ（４）が高価となるので、限界がある。ま
たボイラ（４）への入口温度Ｔ＾と出口温度ＴＢの温度
差を小さくすると、熱媒体の必要循環量が大量となり、
熱媒体循環ポンプ（６）の必要動力が大となり、エネル
ギー損失と設備費が大きくなるので、この温度差を小さ
くすることも限界があり、線（ロ）の勾配は或値以上の
傾きがなければならない。したがって、従来技術による
装置ではボイラ（４）への熱媒体のボイラへの入口温度
ＴＡとボイラ（４）より発生する蒸気の温度ＴＤとの間
に相当な温度差が必要であり、蓄熱温度とボイラ（４）
よりの発生蒸気の温度との間に相当な温度レベルの低下
、即ち相当なエネルギーの質の低下があるという欠点が
あった。

この場合、第１図のボイラ（４）がフロンボイラであっ
ても、蒸溜塔のリポイラであっても、熱媒体と被加熱物
質との間の触熱が沸騰触熱であるかぎり結果は同じであ
り、エネルギーの質の低下が大きいという欠点があった
。

また、ボイラ（４）が熱交換器型でなく、カランドリャ
型であれば、給水とボイラ中の沸騰水が混合するため、
ＴＣ＝ＴＤとなりエネルギーの質の低下はより大きくな
る。

ところで、第１図の装置の場合、廃ガス（廃熱源）の熱
を潜熱蓄熱物質に蓄熱する場合も放熱の場合と同様に、
熱媒体を通して行なわれるため、熱交換器（１）の出口
の熱媒体の温度と＠熱蓄熱物質の融解温度との間の温度
差は熱媒体から潜熱蓄熱物質への熱云導のために必要な
温度差以外に、熱媒体の顕熱により熱交換器（１）から
潜熱蓄熱装置（２）へ熱を運搬するための温度差が必要
である。すなわち、熱交換器（１）出口の熱媒体の温度
は、潜熱蓄熱物質の融解温度十公熱に必要な温度差十＠
熱による熱の運搬に必要な温度差が必要となり、また、
顕熱による熱の運搬に必要な温ｔＶ差を小さくしようと
すると、熱媒体の必要な循環量が多くなり、熱媒体ポン
プ（７）が大型となって、設備費および動力費が大きく
なる。このため、どうしても或程度以上の顕熱による熱
の運搬のための温度差が必要となり、蓄熱する場合もエ
ネルギーの質の低下が大きいという欠点があった。

発明の目的 本発明は上記従来の欠点を解除する熱エネルギー回収方
法を提供することを目的とする。

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明の熱エネルギー回収方
法は、加熱および冷却に応じて転移熱を吸収および放出
する転移物質を少なくとも該転移物質の転移温度におい
て固化しない懸濁媒体に懸濁させてなる蓄熱媒体または
、加熱および冷却に応じて潜熱を吸収および放出する相
変化物質をマなる蓄熱媒体を、太陽熱コレクター捷たは
ヒートポンプを含む熱交換装置に通して加熱し、加熱さ
れた蓄熱媒体を蓄熱媒体貯槽に通して蓄熱し、ｇｔ＋記
加熱加熱た蓄熱媒体または蓄熱媒体貯槽から放出する潜
熱により加熱された蓄熱媒体の熱を直接接触熱交換器で
作動媒体へ栄達することにより高圧の作動媒体の蒸気を
得、この作動媒体の蒸気でタービンを回し、安定な動力
として回収する構成としたものであり、これにより、例
えば間欠的に排出される５００℃程度以下の廃熱のエネ
ルギーをできるだけ温度を低下させずに蓄熱して、連続
的に有効利用することができるものである。

実施例と作用 以下、本発明方法の一実施例を、図面に基づいて説明す
る。

第３図において、（８ンは間欠的または変動的に発生す
る２００〜５００℃程度の発ガスを供給されて、該屍ガ
スと潜熱蓄熱物質を含む蓄熱媒体（９）との熱交換を行
う熱交換器、（１０１は熱交換器（８）で加熱された蓄
熱媒体（９）を導入されてこれを貯蔵する撹拌装置付蓄
熱媒体貯槽、（ｌ　ｌ）は蓄熱媒体貯槽（１０）に貯蔵
された蓄熱媒体（９）を直接接触熱交換器（１″２）Ｋ
導入する放熱用蓄熱媒体ポンプで、前記直接接触熱交換
器０匂において蓄熱媒体（９）とフロン（１３）の熱交
換が行われる。

なお、直接接触熱交換器０２］底部のフロン導入口には
多数の噴出孔を有するフロン噴出用ノズルが設けられて
いる。（１４）は直接接触熱交換器（１２）からの蓄熱
媒体（９）を通されるフロン予熱器で、直接接触熱交換
器０２）に導入される液状のフロンθ３）を予熱する働
きをなすものである。フロン予熱器（１４）を出た蓄熱
媒体（９）は前記蓄熱媒体貯槽（１０）に循環導入する
構成とされている。（１５）は蓄熱用蓄熱媒体ポンプで
、蓄熱媒体貯槽（１０）に貯蔵された蓄熱媒体（９）を
熱交換＠（８）に循環導入する働きをなすものである。

一方、（ＩｉｌＯは直接接触熱交換器（１２）において
生成された１７０℃〜１８０℃の高圧フロン蒸気（１３
Ａ）を導入されるフロンタービン、０７）はフロンター
ビン（Ｉ６）に直結された発電機、（１８）（１″１：
フロンタービンａ６）を出た低圧７０ン蒸気（１３Ａ）
を導入され、これを冷却水により冷却液化する凝縮器で
、液化されたフロン０３）はフロンポンプθ９）Ｋより
前記フロン予熱器（１４）を通して直接接触熱交換器０
２）に循環導入される構成とされている。なお、フロン
予熱器（１４）はなくてもよい０ このような構成で、熱交換器（８）で加熱された蓄熱媒
体（９）は、先ず蓄熱媒体貯槽（１０］に貯蔵される。

次に１貯蔵された蓄熱媒体（９）は放熱用蓄熱媒体ポン
プ（川により直接接触熱交換器（＋２＋　Ｋ　４かれる
。ここで蓄熱媒体（９）は、フロン噴出用ノズルからシ
ャワー状に噴出される液状フロン（１３）を加熱し、高
圧フロン蒸気（１３Ａ）とする。高圧フロン蒸気（１３
Ａ）はフロンタービン（１６）に導かれ、フロンタービ
ン（１６）を回すと同時に発電機Ｏ′７）を回す。これ
により、エネルギーが電力として取出されることになる
。フロンタービン（１６）を出だ低圧フロン蒸気（１３
Ａ）は凝Ｍ　器ｔ１８）で凝縮され、フロンポンプｏ９
）、フロン予熱器（１４）を通して直接接触熱交換１４
（１２ｉに循環導入される。

一方、直接接触熱又換器（１２）においてフロン（１３
）に熱を法えた蓄熱媒体（９）はフロン予熱器（１４）
でフロン（１３）を予熱した後、蓄熱媒体貯槽（１ｏ）
に循＠導入される。

なお、熱交換器（８）に代えて太陽熱コレクターを用い
てもよく、また、廃ガスの温度が蓄熱媒体（９）中に含
まれる潜熱蓄熱物質の相変化温度より低い場合はヒート
ポンプ等を用いて、潜熱蓄熱物質の相変化温度より高い
温度まで昇温してから蓄熱媒体（９）を加熱するように
してもよい。

第４図は直接接触熱交換器（＋２）内での熱授受および
温度の関係を示したものである。線（ハ）はフロン（Ｉ
萄、に）は蓄熱媒体（９）を示す。図からも明らかなよ
うに、蓄熱媒体（に）とフロン（ハ）の温度差は一定で
第２図に比較して小さい。したがって、エネルギーの質
の向上が図れることが分かる。

次に、前記蓄熱媒体（９）の具体例を挙げる。蓄熱媒体
（９）としては次の２種のものが使用できる。すなわち
、加熱および冷却に応じて転移熱を吸収および放出する
転移物質を少なくとも該転移物質の転移温度において固
化しない懸濁媒体に懸濁させてなる蓄熱媒体と、加熱お
よび冷却に応じて潜熱を吸収および放出する相変化物質
をマイクロカプセル傾封入して少なくとも前記相変化物
質の相変化温度において固化しない懸濁媒体に懸濁させ
てなる蓄熱媒体とである。潜熱蓄熱物質として転移熱を
利用する物質を用いる場合は前者、潜熱蓄熱物質として
融解熱を含む相変化熱を利用する場合は後者を使用する
。

１０者の蓄熱媒体（９）において、転移物質の例として
は粉状のペンタエリトリトー／Ｌ／　（Ｐｅｎｔａｅｒ
ｙｔｈｒｉｔｏｌ、Ｃ（ＣＨｔ　ＯＨ）４）、懸濁媒体
の例としては熱媒体油がある。

これらは撹拌装置付熱媒体貯槽（１０１でスラリー液と
する。

後者の蓄熱媒体（９）において、マイクロカプセルに封
入する相変化物質の例としてはポリアルキレンクリコー
ル（例えｔｒポリプロピレンクリコール、ポリエチレン
グリコール）、パラフィンワツクス、無機塩水和物（例
えば硫酸ナトリウムの１０水和物、炭酸ナトリウムのｌ
Ｏ水和物、７水和物、硫酸マグネシウムの７水和物、硝
酸マグネシウムの６水和物、硫酸アルミニタム、アンモ
ニウムの１２水和物、トリタムの共晶混合物、高密度ポ
リエチレン等がある。またマイクロカプセルの部材例と
しては合成樹脂、合成ゴム、金属、ガラス等がある。マ
イクロカプセルの粒径は通常３ｕ以下、好ましくは１０
０〜１０００μの範囲であり、マイクロカプセル膜の耐
久性に支障のない限り微細であればある程好ましい。ま
た、懸濁媒体の例としては水、海水、エチレングリコー
ル、水／エチレングリコール混合物、流動パラフィン、
グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコール、熱媒体油等がある。温度としては、相変化
物質の相変化温度よりも少くとも５℃、好ましくは１０
℃以上低い固化温度、さら洗好捷しくは冬等の寒冷時に
おいても固化しないものが適当である。懸濁媒体中のマ
イクロカプセル濃度は広範囲に変化させることができる
が、好ましくは５〜５ｏ喰量％が適当である。

発明の効果 本発明によれば、例えば現在まで廃棄されていた間欠的
または変動的に排出される廃熱のエネルギーを有効に利
用して、連続的に安定な熱エネルギーまたは電力エネル
ギーとして取出し、多方面に有効利用できる。また、公
知の潜熱蓄熱剤の固定層の中へ液状熱媒体を通す潜熱蓄
熱装置を使用する方法では、顕熱による熱の運搬に温度
差（蓄熱のための熱交換器内と、放熱のための熱交換器
内の両方で）が必要であったが、本発明によれば必要で
なくなるので、潜熱蓄熱装置の使用による温度低下が少
なく、廃熱の持つエクセルギーをより有効に利用できる
。さらに、太陽熱の有効利用においても公知の潜熱蓄熱
装置を使用する場合に比べて、より高置の熱が得られる
ので、より多くのエクセルギーの利用ができる。

また、潜熱蓄熱装置の働きをなす蓄熱媒体貯槽は、スラ
リー液である蓄熱媒体の単なる貯槽でよいため、装置が
安価となる外、貯槽を増設することにより簡単に蓄熱量
を増加できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による熱エネルギー回収装置の７０−
シート、第２図は第１図のボイラ内における給水（イ）
と熱媒体（ロ）との熱授受および温度の関係をあられす
図、第３図は本発明方法を適用しだ熱エネルギー回収装
置のフローシート、′１ｆｊ４図は執 第３図の直接接９換器内におけるフロン（ハ）と通熱媒
体に）との熱授受および温度の関係をあられす図である
。 （８）・・・熱交換器、（９）・・・蓄熱媒体、（ｌＯ
）・・・撹拌装置付蓄熱媒体貯槽、（１２）・・・直接
接触熱交換器、（１６）・・・フロンタービン、θη・
・・発電機 代理人　森　本　義　弘 第１図 第２図 第３図 第４図 諸費熱量　０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　加熱および冷却に応じて転移熱を吸収および放出
   する転移物質を少なくとも該＠移物質の転移温度におい
   て固化しない懸濁媒体に懸濁させてなる蓄熱媒体または
   、加熱および冷却に応じて潜熱を吸収および放出する相
   変化物質をマせてなる蓄熱媒体を、太陽熱コレクターま
   たはヒートポンプを含む熱交換装置に通して加熱し、加
   熱された蓄熱媒体を蓄熱媒体貯槽に通して蓄熱し、前記
   加熱された蓄熱媒体また−は蓄熱媒体貯槽から放出する
   潜熱により加熱された蓄熱媒体の熱を直接接触熱交換器
   で作動媒体へ伝達することにより高圧の作動媒体の蒸気
   を得、この作動媒体の蒸気でタービンを回し、安定な動
   力として回収することを特徴とする熱エネルギー回収方
   法。